Способ получения волокнистого полуфабриката

 

пц 506673

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

У (51) М. Кл.- D 2Ж !20 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 02.08.74 (21) 2050308!28-12 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.03.76. Бюллетень ¹ 10

Дата опубликования описания 06.04.7о

Государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 676.022.1 (088,8) по делам изобретений и открытий (72) Автор изобретения

В. С. Кротов (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ

ВОЛОКНИСТОГО ПОЛУФАБРИКАТА

Изобретение относится к способам получения волокнистого полуфабриката в присутствии органических растворителей и предназначено для использования в целлюлозно-бумажной промышленности, главным оор азом при получении волокнистых полуфабрикатов из растительного сырья, например полуцеллюлозы из лиственной древесины.

Известны способы получения волокнистого полуфабриката путем варки лигноцеллюлозных матсриалов в присутствии органических растворителей, например, метилового, этилового, бутилового спиртов, этиленгликоля, глицерина, фенола, диоксана, этиленхлоргидрина и др.

В известных условиях варки большинство ооычных органических растворителей обладает слабой делигнифицирующей способностью, низким пределом насыщения по лигнину и требует применения катализаторов, которыми являются преимущественно кислые или щелочные реагенты. Избирательность делигнификации растительного сырья органическими растворителями низкая, что связано как со слабой растворяющей способностью большинства органических растворителей, так и с необходимостью применения кислых или щелочных реагентов-катализаторов, которые усиливают не только растворение лигнина, но и гидролиз полисахаридов, в особенности гемицеллюлоз. Это приводит к низкому выходу и низким физико-механическим показателям целлюлозных полуфабрикатов, что позволяет их использовать практически только в качестве целлюлозы для химической переработки.

Известные способы варки при использовании любых органических растворителей основаны на выдерживании исходного лигноцеллюлозного сырья с определенным, постоянным, несменяемым количеством жидкости, первоначально заданным на варку. В этом случае в начальный момент варки органический растворитель интенсивно растворяст лигнин сырья. Однако по мере протекания процесса варки окружающая жидкость постепенно насьпцается, вследствие чего непрерывно уменьшается ее растворяющая способность, вплоть до полного прекращения дальнейшего растворения лигнина. Особенно быстро обра20 зуются насыщенные растворы при варках с обычными органическими растворителями и в отсутствии кислых или щелочных катализаторов, когда молекулы лигнина не подвергаются большой деструкции и переходят в ра25 створ в виде крупных труднорастворимых фрагментов. В этих условиях процесс варки затруднен и малоэффективен. Известныс способы требуют задавать на варку по крайней мере такое количество варочного раство3о ра, какое необходимо для полного покрытия б06673

10

3 сырья жидкостью. Это приводит к большому расходу органического растворителя, задаваемого на варку, к большому ооъему отработанного раствора при низкой концентрации сухих веществ и, следовательно, к низкой экономичности производства. Еще одним нсдостатком известных способов варки с органическими растворителями является невозможность облегчения илн исключения стадии промывки массы после варки. Промывные воды смешиваются с органическим растворителем, снижают концентрацию отработанного раствора и увеличивают объем жидкости, направляемой на регенерацию и объем сточных вод.

Кроме того, при разбавлении водой отработанного раствора, который содержится в массе после варки, существует опасность обратного осаждения растворенного лигнина вследствие снижения концентрации органического растворителя в жидкости.

С целью снижения расхода органических растворителей на варку и повышения концентрации сухих веществ в отработанном растворе варку ведут путем орошения материала р астворителем, который регенерируют испарением его из отработанного раствора и последующей конденсацией перед орошением.

В качестве органических растворителей используют водорастворимые органические растворители, температура кипения которых не превышает 100 С, например этиловый спирт, ацетон.

Варку производят при 160 — 240 С. Органические растворители можно регенирировать в ходе варки путем создания градиента температур между зоной, следующей за зоной варки, и зоной, расположенной перед зоной варки, причем величину градиента температур устанавливают таким образом, чтобы органический растворитель испарялся в зоне, следующей за зоной варки и конденсировался в зоне, расположенной перед зоной варки.

Применение водорастворимых органических растворителей с температурой кипения не выше температуры кипения воды (этиловый и метиловый спирты, ацетон и их смеси и др.) дает возможность избирательно регенирировать органический растворитель в ходе нарочного процесса, не затрагивая воду, содержащуюся в отработанной жидкости от исходного влажного лигноцеллюлозного материала.

Пример. Проведены варки щепы березы сухостью 64,2 /о (средние размеры щепок

25 20Р,2,5 мм) в стакане из нержавеющей стали длиной 300 мм с крышкой и диаметром

70 мм. На дно варочного стакана заливают органический растворитель, а над ним на сетке помещают щепу таким образом, чтобы она не касалась жидкости. Верхний уровень щепы на 30 — 40 мм не доходит до края стакана. В центре стакана помещают трубку диаметром 10 мм, которая соединяет зону, 15

З5

45 расположенную под нижним уровнем щепы, с зоной, находящейся над верхним уровнем щепы, т. е. с зоной под крышкой стакана.

Стакан герметично закрывают крышкой и погружают в нагретую глицериновую баню на глуб1п1у, соответствующую нижнему уровню щепы в стакане. Выдерживают 1 ч, после чего стакан опускают на большую глубину, до всрхнего уровня щепы в стакане, выдерживают в таком положении 0,5 ч и поднимают опять до нижнего уровня щепы, после чего выдерживают в бане еще 1 ч. Таким образом, общее время варки составляло 2,5 ч.

От начала и до конца варки верхняя часть стакана вместе с крышкой по длине 40 мм непрерывно охлаждается проточной водой с температурой 20 — 22 С. Вследствие этого, во время варки постоянно существует градиент температуры между нижней и верхней зонами стакана. Органический р астворитель испаряется из нижней зоны стакана, пары проходят вверх по трубке в центре стакана, конденсируются в верхней зоне под крышкой стакана, жидкость капает вниз и перколирует через щепу. Просачиваясь через щепу, органическая жидкость растворяет компоненты древесины и насыщенный раствор стекает в нижнюю зону стакана, где органический растворитель вновь испаряется. Таким образом, достигается регенерация органического растворителя непрерывно в ходе варки.

После варки стакан быстро охлаждают в проточной воде, раскрывают, выгружают щепу и сливают концентрированную отработанную жидкость, накопившуюся в ниькней зоне стакана. Часть древесного остатка отбирают, и определяют выход после варки и количество водорастворимых веществ по разности между выходом после варки и выходом после кипячения полученного древесного остатка в дистиллированной воде в течение 5 ч. ДистиллHpованную воду сменяют каждый час, а древесный остаток перед кипячением раздергивают для облегчения выщелачивания водорастворимых веществ.

Древесный остаток после варки не,нуждается в полумассном размоле и легко разволокняется в гидроразбивателе, поэтому оставшуюся часть древесного остатка послеварки распускают в гидроразбивателе и промы вают на сите 65 меш. Определяют выход готовой массы, степень провара по числу Каппа и после размола в ЦРЛ по 60 ШР физико-механические свойства в отливках бумаги весом 100 г/м .

Из слитого после варки отработанного раствора отгоняют на водяной бане органический растворитель, а остаток упаривают и высушивают в сушильном шкафу при 120 C. Определяют концентрацию сухих веществ в отработанной жидкости. Сухой остаток сжигают и определяют содержание золы.

Условия и результаты варок приведены в таблице.

506В73

Органический растворитель

Показатель этиловый спирт ацетон 5

167

167

Количество органического растворителя на варку, мл на 100 г.а.с. щепы

Температура глицериновой бани, сс

215

210

78,6

85,3

Выход древесного остатка после варки, Выход древесного остатка после кипячения с водой, 80,4 15

76,4

4,9

2,2

Количество водорастворимых веществ в древесном остатке после варки, о;

Содержание смолы в сухом остатке, 0,40 20

0,48

19,5

Концентрация сухих веществ в отработаннол жидкости, Выход готовой массы, 10,0

69,4

72,0

Продолжительность размола массы в ЦРА до 60 ШР, мин

Степень провара, ед. Каппа

Объемный вес отливок, г/см

Разрывная длина, м

Сопротивление излому, число двойных перегибов

Сопротивление продавливанию, к г/см

Сопротивление раздиранию, г

Удлинение, 82,6

0,67

10120

630

98,5

0,60

8380

331

4,0

5,2

68

3,4

72

3,6

П р и м е ч а н и е. Выход древесного остатка, количество водорастворимых веществ в древесном остатке 40 и выход готовой массы даются в процентах от абсолютно сухой древесины.

Предложенный способ позволяет совместить в одном процессе варку растительного сырья, 45 промывку массы и регенерацию органического растворителя, что дает возможность значительно повысить технико-экономические показатели производства волокнистых полуфабрикатов. 50

Варочная жидкость непрерывно обновляется в процессе варки, поэтому можно не прибегать к использованию кислых или щелочных катализаторов и достигнуть высокой избирательности процесса и высокого выхода 55 волокнистого продукта. Несмотря на большой выход древесного остатка, который находится на границе полуцеллюлозы и химической древесной массы, если сравнивать с обычными полуфабрикатами, после варки не 60 требуется полумассного размора. Древесный остаток легко распадается на волокна при относительно слабом механическом воздействии в гидроразбивателе. Масса характеризуется хорошей размалывающей способно=тью, а сле- 65 довательно умеьшается расход энергии на размол и подготовку массы.

Физико-механические свойства полуфабрикатов приближаются к соответствующим показателям для сульфатной целлюлозы, что позволяет использовать получаемые полуфабрикаты для выработки высококачественной бумаги и картона. Сырье можно перерабатывать с любой влажностью, а варку проводить при жидкостном модуле менее чем 1: 2,5 против 1: 5 — 1: 10 в условиях обычной варки с органическими растворителями. В результате сокращается расход органического растворителя на варку. Для получения волокнистых полуфабрикатов могут быть использованы дешевые недефицитные органические растворители, как например, этиловый спирт, ацетон и другие, которые устойчивы к действию высоких температур и легко могут быть возвращены в производстве простой отгонкой из отработанной варочной жидкости и древесного остатка после варки.

Высокая концентрация сухих веществ в отработанной жидкости после варки (10 — 20% в сравнении с 3 — 7% по известным способам варки в присутствии органического растворителя) облегчает ее дальнейшую переработку.

При этом как сухой остаток отработанной жидкости, так и непосредственно отработанную жидкость после варки можно использовать в качестве малозольного и безсернистого топлива или перерабатывать в ценные побочные прорукты. Небольшое количество водорастворимых веществ в древесном остатке после варки позволяет облегчить и даже полностью исключить стадию промывки массы, совершенно неизбежную в обычных условиях варки с органическими растворителями. В свою очередь, это позволяет значительно снизить объем и токсичность сточных вод.

Возможность применения малотоксичных и легкорегенерируемых органических растворителей для варки, отсутствие серусодержащих соединений, практически беззольное сжигание отработанных растворов или сухого остатка, упрощение или полное исключение стадии промывки массы создает благоприятные предпосылки для разработки технологии получения волокнистых полуфабрикатов без производственных выбросов и загрязнения окружающей среды.

Формула изобретения

1. Способ получения волокнистого полуфабриката путем варки легноцеллюлозного материала, например, лиственной древесины, в присутствии органического растворителя и отделения отработанного раствора, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью снижения расхода органического растворителя на варку и повышения концентрации сухих веществ в отработанном растворе, варку ведут путем орошения материала растворителем, который регенери506673

Составитель А. Моносов

Текред Т. Дмитриева

Редактор Г. Мозжечкова

Коррскгор Т. Гревцова

Заказ 994/13 Изд. 1ч 1203 Тираж 520 Подписное

1! Н1411ПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открьггий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 руют испарением его из отработанного раствора и последующей конденсацией перед орошением.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве органического растворителя используют водорастворимый органический растворитель с температурой кипения, не превышающей температуру кипения воды.

Литература: 1. Ю. Н. Непенин «Технология целлюлозы», том 2, «Производство сульфатной

5 целлюлозы», Гослесбумиздат, М., 1963 г., стр. 818 — 820.